미세 플라스틱이 대기 중 구름 형성을 촉진시켜 극한 날씨와 기후 변화를 가속화시킨다는 연구 결과가 최근 발표됐다. 

구름은 대기 중의 보이지 않는 기체인 수증기가 먼지와 같은 작은 부유 입자와 결합해 물방울이나 얼음 결정으로 변할 때 형성된다. 최근 발표된 연구에서 미세 플라스틱 입자도 동일한 효과를 낼 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또 미세 플라스틱이 없는 물방울보다 섭씨 5~10도 더 따뜻한 온도에서 얼음 결정이 생성될 수 있음도 보여주었다고 더컨버세이션이 전했다.

연구 결과는 공기 중에 미세 플라스틱이 없었다면 구름이 형성되지 않았을 좀 더 따뜻한 조건에서 미세 플라스틱이 구름을 생성함으로써 날씨와 기후에 적지 않은 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.

대기 화학자 중심으로 구성된 연구진은 다양한 유형의 입자가 액체 물과 접촉할 때 어떻게 구름 속에서 얼음이 형성되는지를 분석했다. 대기에서 지속적으로 발생하는 이 과정은 '핵 형성'이라고 부른다.

대기 중의 구름은 액체 물방울, 얼음 입자 또는 두 가지의 혼합물로 구성된다. 기온이 섭씨 0도에서 영하 38도 수준인 중상층 대기의 구름에서 얼음 결정은 일반적으로 건조한 토양의 미네랄 먼지 입자나 꽃가루 또는 박테리아와 같은 생물 입자 주위에 형성된다.

미세 플라스틱도 그런 입자 중 하나다. 미세 플라스틱은 너비 5mm 미만으로 연필 끝에 달린 지우개 정도의 크기다. 일부는 이보다 더 작고 미세하다. 미세 플라스틱은 매우 작기 때문에 공기 중으로 쉽게 이동할 수 있다.

구름 속의 얼음은 날씨와 기후에 중요한 영향을 미친다. 대부분의 강수는 얼음 입자로 시작되기 때문이다. 전 세계 대부분 지역의 구름은 대기 중으로 높이 확장되고 차가운 공기가 구름 꼭대기 수분을 얼린다. 얼음이 형성되면 주변의 액체에서 수증기를 끌어당기고, 얼음 결정은 떨어질 만큼 무거워진다. 얼음이 형성되지 않으면 구름은 비나 눈으로 내리기보다는 증발하는 경향이 있다.

구름은 또한 여러 가지 방식으로 날씨와 기후에 영향을 미친다. 지구 표면에서 들어오는 햇빛을 반사하여 냉각 효과를 내기도 하고 지구 표면에서 방출되는 일부 복사선을 흡수해 온난화 효과를 증폭시킨다. 반사되는 햇빛의 양은 구름에 포함된 액체 상태의 물과 얼음의 양에 따라 달라진다. 미세 플라스틱이 구름에서 얼음 입자를 증가시키면, 이 비율의 변화는 구름이 지구의 에너지 균형에 미치는 영향을 바꿀 수 있다.

물이 섭씨 0도에서 언다고 하지만, 항상 그런 것은 아니다. 먼지 입자와 같이 핵을 형성할 물질이 없다면 물은 섭씨 영하 38도까지 얼지 않고 과냉각될 수 있다.

더 따뜻한 온도에서 동결하려면 물에 녹지 않는 물질이 물방울에 존재해야 한다. 이 입자는 첫 번째 얼음 결정이 형성될 수 있는 표면을 제공한다. 미세 플라스틱이 존재하면 얼음 결정이 형성돼 비나 눈이 더 많이 내릴 수 있다.

연구진은 미세 플라스틱 조각이 물방울의 핵 역할을 할 수 있는지를 확인하기 위해 대기 중에서 가장 널리 퍼진 네 가지 플라스틱, 즉 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 이용했다. 각각은 깨끗한 상태와 자외선, 오존 및 산에 노출된 상태 두 가지로 테스트되었다. 이 모든 것이 대기 중에 존재하며 미세 플라스틱의 구성에 영향을 미칠 수 있다.

연구진은 미세 플라스틱을 작은 물방울에 현탁시키고, 물방울을 천천히 냉각시켜 어는 시점을 관찰했다. 또한 플라스틱 조각의 표면을 분석해 분자 구조를 파악했다. 얼음 핵 형성은 미세 플라스틱의 표면 화학 성질에 따라 달라질 수 있기 때문이었다.

테스트한 대부분의 플라스틱에서 물방울의 50%는 섭씨 영하 22도로 냉각될 때까지 얼었다. 일부 미세 플라스틱은 미세 플라스틱이 없는 물방울보다 더 따뜻한 온도에서 얼음 핵을 형성했다.

자외선, 오존 및 산에 노출되면 입자의 얼음 핵 형성 활동이 감소하는 경향이 있었다. 이는 얼음 핵 형성이 미세 플라스틱 입자 표면의 작은 화학적 변화에 민감하다는 것을 시사한다. 그러나 이 플라스틱들은 여전히 얼음 핵을 형성하므로 구름 속 얼음의 양에 영향을 미칠 수 있다.

미세 플라스틱이 날씨와 기후에 어떤 영향을 미치는지 이해하려면 구름이 형성되는 고도에서의 농도를 알아야 한다. 또 미네랄 먼지 및 생물학적 입자 등 얼음 핵 형성이 가능한 다른 입자와 비교해 미세 플라스틱의 농도를 확인해야 한다. 이러한 측정을 통해 미세 플라스틱이 구름 형성에 미치는 영향을 모델링할 수 있다.

플라스틱 조각은 크기와 구성이 다양하다. 향후 연구에서는 가소제와 착색제 등 첨가제가 포함된 플라스틱과 미세 플라스틱 입자를 이용해 분석을 진행할 계획이다.